7) AMPLIFICATEURS, OSCILLATEURS et MELANGEURS

Applications des transistors
•Amplificateur
•Oscillateur
•Mélangeur
Formation technique – 26/01/05 – Séance n°6 F8KGL-F4BJH

1/Amplificateurs
1.1/ Les classes d'amplification
Trois montages fondamentaux existent et qui diffèrent selon la valeur de la tension de repos (en l’absence de
signal). En classe A, le montage le plus répandu, la tension de repos est centrée par rapport au
signal d’entrée. En classe C, la polarisation du signal fait que seule une partie du signal est
amplifiée, le reste du signal est restitué par le circuit oscillant de sortie accordé sur la fréquence du
signal d’entrée. La classe B utilise deux transistors qui amplifient chacun une alternance du signal.
Ce montage est difficile à régler et nécessite des transformateurs et des transistors appairés. Il
existe aussi la classe AB, très répandue et s’apparentant à la classe A, dans laquelle la tension de
repos est inférieure à la tension de repos de la classe A, ce qui augmente le rendement sans trop
détériorer la linéarité.
Classe A Classe B Classe C
Schéma
Forme du
signal
amplifié
V est la tension
de repos (sans
signal en entrée)
La tension de repos est est amplifié par T1 est restitué par le
circuit LC
centrée par rapport au signal est amplifié par T2 accordé sur la fréquence
d’entrée
Déphasage 180° pas de déphasage pas de déphasage
Commentaire Montage classique 2 transistors, 2 transfos montage peu courant
(CW)
Génère peu d'harmoniques peut générer des harmoniques génère des harmoniques
car très linéaire impaires (3F, 5F, 7F, ...) (2F, 3F, 4F, ...)
Rendement 30 à 50 % maximum 50% à 60% 70 à 80% et +
1.2/ La résistance de charge
(Rc) est le dispositif normalement utilisé en classe A pour récupérer les variations de tension aux bornes du
transistor. Le pont de résistances constitué de R1 et R2 fixe la tension de repos de l’amplificateur.
Les variations de tension de la tension d’entrée passent à travers le condensateur d’entrée, Ce, et
créent les variations de Ib (effet diode de la jonction base-émetteur). Les variations d'Ib créent les
variations d'Ic (Ic = β.Ib) quelle que soit la tension Vce. Ic est traduit en tension sur Rc (U = R.I),
puis récupérée sur le condensateur de sortie, Cs, pour transmettre le signal à l'étage suivant. La
résistance de charge détermine la droite de charge de l'amplificateur dont la pente est négative.
Quand Ib est nul, Ic est nul, Ur est nul; la sortie est au potentiel d'alimentation (+). D'autre part, le
courant maximum dans Rc est U(+)/Rc.
E
S
Résistance
de charge
++T1
T2
E
S
E
S
+ Fo
V
t
Us
V
T1
T2 LC
TV
U(+)
+
Formation technique – 26/01/05 – Séance n°6 F8KGL-F4BJH

Le graphique est composé de 3 quadrants. Celui du bas représente la variation du courant de base en fonction de
la tension entre base et émetteur : c’est une courbe qui ressemble à celle de la diode en sens
passant. Le quadrant en haut à gauche représente le rapport Ic / Ib, c’est-à-dire le gain (β) du
transistor. Le quadrant de droite représente les valeurs de Ic en fonction de Vce pour des courants
de base fixés. La droite de charge, marquée en pointillé, indique les points de fonctionnement de
l'amplificateur. Cette droite passe par la tension d’alimentation, U(+), et par l’intensité maximale
parcourue par cette résistance, c’est-à-dire U(+)/Rc. Quand on a Ib=30 µA, on a Ic=3 mA (puisque
β=100) et Vce=5 V et pour avoir Ib = 30 µA, il faut une tension Vbe de 1 V. Les courbes sont
données par le constructeur du transistor et la droite de charge (en pointillé) est déterminée par le
montage (la tension d’alimentation du transistor, U(+), et la valeur de la résistance de charge, Rc).
Pour que l’amplificateur soit linéaire, il faut que la partie utilisée de la droite de charge soit dans la
zone où les courbes Ib sont plates. Enfin, la droite de charge ne doit pas dépasser la courbe de
surchauffe donnée par le constructeur. Au delà de cette courbe, la chaleur dégagée par le transistor
(P = Vce x Ic) peut conduire à sa destruction.
En lisant ce graphique, on voit bien que si Vbe est augmenté, Vce sera plus faible, ce qui explique le déphasage
de 180° que génère le montage. Dans cet exemple, l’impédance d’entrée est 1V / 30µA =33 kΩ et
l'impédance de sortie est 5 V / 3 mA = 1666 Ω. Si la tension d’alimentation du circuit, U(+), est
12 V, la résistance de charge aura pour valeur (12 V – 5 V) / 3 mA = 2333 Ω (une résistance de
2200 Ω sera utilisée).
1.3/ Liaisons entre les étages
Les différents étages d'un montage peuvent être liés de différentes manières. En direct, le collecteur est relié à la
base du transistor de l'étage suivant. Pour éviter des problèmes de niveau de tension, on peut
rajouter une ou plusieurs diodes en série dans le cas d’une liaison en courant continu ou un
Résistance
de charge
Ur
U(+)
Ib
Ic
Vce
Cs
Sortie (=entrée de
l’étage suivant)
Ce
Entrée
Ic
U(+)/Rc
3m A
U (+) Vce
Ib=40 µA
Ib=30 µA
Ib=20 µA
Ib
Vbe
5V
1V
30 µA
β = 100
Vbe
R1
R2
Courbe de surchauffe

condensateur dans le cas de courant alternatif. Toujours dans ce cas et pour adapter des
impédances, la liaison par transformateur est utilisée.
1.4/ Amplificateur R.F. (Radio Fréquence )
Cet amplificateur est constitué de circuits spécifiques, en particulier de lignes de découplages (condensateur à la
masse (Cd) et bobine de choc sur l'alimentation) pour éviter les auto-oscillations, de filtres H.F.
(circuit bouchon) et de transformateurs pour adapter les impédances entre les étages.
Rc est une résistance de contre-réaction pour limiter les auto-oscillations du circuit. Les capacités parasites du
circuit (capacité entre les pistes du circuit imprimé par exemple) ou la mutuelle-induction entre les
transformateurs peuvent transformer un amplificateur en oscillateur (voir § 7.5). La résistance de
contre-réaction, en réinjectant une partie du signal amplifié en opposition de phase sur l’entrée,
empêche l’amplificateur d’osciller.
La résistance présente dans le circuit de l’émetteur (notée Re) protège le circuit de l’emballement thermique :
lorsque la température du transistor augmente, son gain augmente, ce qui augmente encore sa
température. Ceci peut conduire à la destruction du transistor ; la résistance Re fait augmenter la
tension d’émetteur lorsque le courant augmente et réduit la tension base-émetteur, réduisant ainsi le
courant de base.
Il arrive souvent qu'un amplificateur RF ne soit pas linéaire. Il y a dans ce cas des distorsions qui peuvent être de
deux types : distorsions de fréquences ou distorsions harmoniques (ou distorsions
d’amplitude). Les deux distorsions sont souvent combinées. Ces distorsions sont plus facilement
lisibles avec des graphiques ayant pour abscisse la fréquence (à la manière d’un analyseur de
spectre).
Lorsqu’il y a distorsion de
fréquences, le signal de sortie
n'est pas proportionnel au signal
d'entrée : dans notre exemple, les
fréquences élevées sont atténuées
par rapport aux fréquences
basses (mais ce peut être
l’inverse ou encore le cas où une
bande de fréquence est plus
amplifiée que les autres).
Dans le cas d'un amplificateur ayant une
distorsion harmonique, s'il n'existe qu'une
fréquence en entrée, plusieurs signaux
harmoniques (en général 2F et 3F, et parfois
plus) seront présents en sortie, à des niveaux plus
faibles. Le taux d'harmonique (en % ou en dB)
est le rapport de la puissance du signal (ou des
signaux) parasite sur le signal désiré. Ces signaux
Ampli RF
F1 F2 F3
F1 F2 F3
Signal d'entrée Signal de sortie
distorsion de fréquences
F
Ampli RF
F 2F 3F
Rc
Entrée HF
Sortie HF = Entrée de l’étage suivant
+
Choc
Cd
Cd
Re
Signal de sortie
Signal d'entrée

parasites sont produits par la déformation du
signal d’entrée après son passage dans
l’amplificateur (non-linéarité).
Le signal d’entrée représenté ci-dessus est appliqué à l’entrée d’un
amplificateur monté en classe A. En sortie, le signal est déphasé de
180° (il est inversé) mais il est aussi déformé (saturation lors de
l’amplification des alternances de sortie positives). L’amplificateur
n’est pas linéaire et il y a une distorsion d’amplitude générant une
harmonique 2. Le signal de sortie est la superposition du signal
d’entrée amplifié et de son harmonique 2.
2/Oscillateur
2.1/ Introduction
Un oscillateur est un circuit générateur de signaux sinusoïdaux de fréquence calculée. Il existe des oscillateurs à
fréquence fixe (à quartz) (VXO) et à fréquence variable. Ces derniers peuvent commandés
mécaniquement avec un CV (VFO), électriquement avec une diode Varicap (VCO) ou
électroniquement avec un synthétiseur PLL (Bouclage de Phase) ou DDS (Synthèse Digitale
Directe de fréquence). Le fréquencemètre mesure la fréquence d’un signal en comptant les
périodes pendant une durée déterminée. Plus cette durée est longue, meilleure sera la précision de
l’instrument de mesure.
Les quartz utilisent l'effet piézo-électrique pour fonctionner. Lorsqu'une pression est exercée sur les faces d'une
lame de quartz, des charges électriques y apparaissent. Inversement, si une tension est appliquée
à ses faces, la lame se dilate ou se contracte selon la polarité appliquée. Le quartz est composé
d'une lame de roche de quartz coincée entre les deux plaques d'un condensateur. La vitesse de
propagation du courant dans la masse du quartz est d'environ 5700 m/s. Lorsque la fréquence de
la tension coïncide avec la fréquence propre du quartz, fréquence liée à ses dimensions, il y a
résonance. Par exemple, une lame de quartz de 0,3mm d'épaisseur (e), résonne en demi-onde
(l'onde fait un aller-retour dans le quartz) sur 9,5 MHz :
F (MHz) = 5,7 = 5,7 = 9,5 MHz
2.e(mm) 2.0,3
2.2/Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement d’un oscillateur repose sur la réinjection en phase d’une partie du signal amplifié
sur l’entrée du circuit. La connaissance des schémas présentés ci-dessous n’est pas au programme
de l’examen. Les facteurs affectant les conditions de stabilité des oscillateurs sont les variations
de la tension d’alimentation, les variations de température des composants (en particulier des
transistors et des quartz) et les défauts de blindage des boîtiers contenant le montage (effet de
main).
distorsion harmonique (ou d’amplitude)
Signal d’entrée Signal de sortie
Décomposition du signal de sortie
Signal d’entrée amplifié
harmonique 2 générée
signaux
en phase (+)
signaux
en déphase (-)